regulación automática - Escuela Técnica Superior de Ingeniería

GUÍA DOCENTE DE LA ASIGNATURA:
REGULACIÓN AUTOMÁTICA
TITULACIÓN: GRADO EN INGENIERÍA EN TECNOLOGÍAS INDUSTRIALES
CURSO: 2012_2013
1. Datos de la asignatura.
Nombre:
Regulación Automática (Automatic regulation)
Materia:
Automática
Módulo:
Materia común a la Ingeniería Industrial
Código:
512103009
Titulación:
Grado en Ingeniería en Tecnologías Industriales
Plan de Estudios:
2010
Centro:
Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial
Tipo:
Obligatoria
Periodo lectivo:
Segundo cuatrimestre
Idioma:
Castellano
ECTS:
6
Horario
teoría:
clases
Horario
prácticas:
clases
Horas/ECTS:
30
ver
información
actualizada de la ETSII
Curso
3º
Carga total de trabajo (horas):
oficial
ver
información
oficial
actualizada de la ETSII
Aula:
Lugar:
180 horas
ver información oficial
actualizada de la ETSII
Laboratorio
DISA
de
control
del
2. Datos del profesorado.
Profesor responsable:
José Luis Muñoz Lozano
Departamento:
Ingeniería de Sistemas y Automática
Área de conocimiento:
Ingeniería de Sistemas y Automática
Ubicación del despacho:
2ª planta del Hospital de Marina. Sub-ala Nordoeste. Despacho:
2068.
Teléfono:
+34 968 325470
Correo electrónico:
[email protected]
URL/Web:
Aula Virtual UPCT
Fax:
Horario de atención/tutorías:
A determinar en cada cuatrimestre
Ubicación durante las tutorías:
Despacho indicado más arriba
Experiencia docente:
+34 968 325355
19 años de experiencia docente.
Asignaturas impartidas: Regulación Automática, Control
instrumentación de procesos químicos, Sistemas Robotizados,
Perfil
docente
investigador:
e
Líneas de investigación:
Doctor Ingeniero Industrial
Profesor Titular de Universidad
Grupo de investigación NeuroCoR:
-
Robótica móvil.
-
Robótica de manipulación.
-
Visión por computador.
-
Neurotecnología
Experiencia profesional
Otros temas de interés
Control de procesos continuos
e
3. Descripción de la asignatura.
3.1. Presentación.
La asignatura Regulación Automática es de carácter básica, formando parte del conjunto de
materias de Tecnología Industrial. Su principal objetivo es introducir al alumno en la Teoría de
Sistemas, aportando con ello una visión sistémica de la Ingeniería que puede ser utilizada en
muchas disciplinas. En esta asignatura se hace un uso de la misma para introducir al alumno en
los fundamentos de los automatismos y los métodos de control.
3.2. Ubicación en el plan de estudios.
La asignatura “Regulación Automática” es el primer contacto de los alumnos de la titulación
con esta disciplina. Se imparte en el segundo cuatrimestre del tercer curso y su realización se
hace muy conveniente para asignaturas del cuarto curso de la misma titulación tales como
“Automatización industrial”.
3.3. Descripción de la asignatura. Adecuación al perfil profesional.
Todo proceso industrial puede ser diseñado, inicialmente, considerando que éste va a
desarrollar su labor en unas condiciones conocidas a priori que van a permitir un desarrollo de
la labor fiel a lo establecido en el diseño. Sin embargo, en la práctica, este condicionante no es
real y los cambios que se establecen en los valores de las variables de diseño o incluso la
aparición de variables no tenidas en cuenta en el proceso de diseño y que afectan al
comportamiento del sistema diseñado (en general llamadas perturbaciones) son muy
frecuentes.
El objetivo último de la automática es el diseño de mecanismos (sistemas de control) que
permiten un funcionamiento autónomo de los procesos industriales (o procesos de otra
naturaleza) de forma tal que las citadas perturbaciones afecten lo menos posible al
comportamiento deseado en el diseño.
Para llevar a cabo este objetivo, en general se hacen necesarias unas etapas previas de modelado
y análisis del proceso que permiten obtener la información necesaria para abordar de forma
adecuada el diseño del sistema de control. Esta asignatura aborda las etapas de modelado y
análisis de un tipo de procesos industriales muy frecuentes como son los procesos lineales e
invariantes en el tiempo. Además, introduce al alumno en el diseño de los sistemas de control,
presentando unos mecanismos de control que, a pesar de su sencillez, son muy utilizados en la
práctica.
3.4. Relación con otras asignaturas. Prerriquisitos y recomendaciones.
Aunque esta asignatura constituye el primer contacto del alumno con esta disciplina, el carácter
transversal de la misma hace necesario que el alumno haya alcanzado ciertas competencias
necesarias superando asignaturas como Matemáticas I, Física I, Análisis de circuitos y
Termodinámica Aplicada.
Así mismo, la asignatura permite adquirir los conocimientos básicos necesarios para afrontar la
asignatura Automatización Industrial y otras asignaturas optativas.
3.5. Medidas especiales previstas.
Se han previsto medidas especiales que permitan la integración de alumnos que deben
simultanear los estudios con el trabajo. Aunque no es posible un seguimiento totalmente a
distancia de la asignatura, ya que eso impediría formar al alumno y evaluar la consecución de
muchas de las competencias que se tiene previsto alcanzar o mejorar con esta asignatura, se ha
planificado la creación de grupos de trabajo cooperativo con este tipo de alumnos, apoyándose
en el entorno virtual de Moodle y haciendo un especial hincapié en las tutorías de grupo para
su seguimiento. Incluso, para casos muy excepcionales y debidamente justificados, se puede
establecer un único examen final como mecanismo de evaluación de la asignatura, lo que
permite que no sea necesaria la asistencia a clase. En este caso, las prácticas será necesario
realizarlas desde fuera de la Universidad.
En cualquier caso, el alumno que precise medidas especiales debe comunicarlo al profesor de la
asignatura al comienzo del cuatrimestre para que éste pueda establecer las medidas adecuadas
a la situación planteada, siempre que sea posible, y que pueda ser aplicable durante el
cuatrimestre.
La aparición de circunstancias que precisen la adopción de medidas especiales durante el
desarrollo del cuatrimestre también podrán ser abordadas, aunque con menores garantías para
el aprendizaje efectivo del estudiante.
4. Competencias.
4.1. Competencias específicas de la asignatura.
Conocimientos sobre los fundamentos de automatismos y métodos de control.
4.2. Competencias genéricas/transversales.
COMPETENCIAS INSTRUMENTALES.





T1.1. Capacidad de análisis y síntesis.
T1.2. Capacidad de organización y planificación.
T1.3. Comunicación oral y escrita en lengua propia.
T1.5. Habilidades básicas computacionales.
T1.7. Resolución de problemas.
COMPETENCIAS PERSONALES.
 T2.1. Capacidad crítica y autocrítica.
 T2.2. Trabajo en equipo.
 T2.3. Habilidades en las relaciones interpersonales.
COMPETENCIAS SISTÉMICAS.




T3.1. Capacidad para aplicar los conocimientos a la práctica.
T3.2. Capacidad de aprender.
T3.7. Habilidad de realizar trabajo autónomo.
T3.9. Preocupación por la calidad.
4.3. Objetivos generales/competencias específicas del título.
COMPETENCIAS ESPECÍFICAS DISCIPLINARES.
 E1.2. Conocimientos en materias tecnológicas para la realización de mediciones, cálculos,
valoraciones, tasaciones, peritaciones, estudios, informes, planes de labores y otros trabajos
análogos.
4.4. Resultados esperados del aprendizaje.
Al finalizar la asignatura, el alumno deberá ser capaz de:
1. Conocer y entender la principal terminología utilizada a nivel industrial en el ámbito de
la instrumentación y el control de los sistemas industriales.
2. Conocer y utilizar la principal simbología de los diagramas P&I.
3. Modelar matemáticamente sistemas básicos asociados a procesos industriales.
4. Analizar el comportamiento temporal de un sistema a partir de su función de
transferencia.
5. Analizar el comportamiento frecuencial de un sistema a partir de su respuesta
frecuencial.
6. Diseñar reguladores PID mediante la reforma del lugar de las raíces.
Las actividades de enseñanza/aprendizaje planificadas permitirán que el alumno desarrolle las
competencias relacionadas con la capacidad de trabajo en equipo ya que una gran parte de los
trabajos que se desarrollarán se harán en equipos de diferente tamaño (en función del trabajo)
con realimentación hacia el alumno del rendimiento del grupo, análisis y síntesis de
información mediante el manejo de textos largos y complejos que deben sintetizarse y a partir
de los cuales es necesario obtener datos, expresión escrita y preocupación por la calidad
mediante la obligatoriedad de presentar informes cuya redacción e imagen serán realimentadas
y consideradas en la evaluación del mismo,
5. Contenidos.
5.1. Contenidos según el plan de estudios.






Modelado de sistemas.
Análisis de respuesta transitoria.
Precisión.
Estabilidad.
Lugar de las raíces.
Cálculo de controladores.
5.2. Programa de teoría.
UD1. Introducción a la regulación automática
Tema 1. Introducción al control de sistemas
1.1.
Introducción a la asignatura.
1.2.
Concepto de Sistema.
1.3.
Concepto de Control.
1.4.
Introducción a la teoría clásica de control.
UD2. Modelado de sistemas.
Tema 2. Representación matemática de las señales de un proceso
2.1. Introducción.
2.2. Modelado de señales en el dominio del tiempo.
2.3. Modelado de señales en el dominio de la frecuencia. Transformada de Laplace.
2.4. Principales propiedades de la transformada de Laplace.
2.5. Antitransformada de Laplace.
2.6. Modelado mediante variables de estado.
Tema 3. Representación de sistemas físicos.
3.1. Introducción.
3.2. Modelización con ecuaciones diferenciales.
3.3. Modelización mediante funciones de transferencia
3.4. Linealización de sistemas entorno a un punto de funcionamiento
3.5. Composición y simplificación de sistemas
3.6. Modelado mediante la ecuación de estado
3.7. Principio de superposición
UD3. Análisis de sistemas.
Tema 4. Análisis temporal de sistemas lineales.
4.1. Introducción.
4.2. Análisis en régimen permanente. Estabilidad y Ganancia.
4.3. Análisis en régimen transitorio.
Tema 5. Análisis temporal de sistemas realimentados.
5.1 Introducción.
5.2. Errores de un sistema.
5.3. Sensibilidad.
5.4. El método del lugar de las raíces. Trazado.
5.5. Análisis de sistemas utilizando el lugar de las raíces.
Tema 6. Análisis en el dominio de la frecuencia.
6.1. Introducción al análisis de sistemas lineales en el dominio de la frecuencia.
6.2. Los diagramas logarítmicos de Bode.
6.3. Análisis de estabilidad con los diagramas de Bode.
6.4. Diagramas de Nyquist.
6.5. Criterio de estabilidad de Nyquist.
UD4. Sistemas de Control.
Tema 7. Introducción al control de sistemas. Diseño de controladores PID
7.1. Introducción y consideraciones generales.
7.2. Estructuras de control.
7.3. Diseño de controladores mediante la reforma del lugar de las raíces.
7.4. Sintonizado de controladores.
5.3. Programa de prácticas.
Práctica 1. Introducción a Matlab y Simulink (2 horas)
Práctica 2. Modelado de sistemas linealizados (2 horas)
Práctica 3. Modelado de sistemas complejos (2 horas)
Práctica 4. Introducción a los Diagramas de Proceso e Instrumentación (2 horas).
Práctica 5. Análisis temporal de sistemas (2 horas)
Práctica 6. Regulación del funcionamiento de un sistema mediante ajuste de un parámetro (2
horas).
Práctica 7. Diseño de reguladores PID (2 horas)
5.4. Programa resumido en inglés.
Unit 1. Introduction
Topic 1. Introduction to continuous-time systems automatic control.
Unit 2. System Modeling
Topic 2. Representation of signals in continuous-time systems.
Topic 3. Mathematical modelling of dynamic systems.
Unit 3. Systems analysis
Topic 4. Time-domain analysis.
Topic 5 Time-domain analysis of closed-loop control systems.
Topic 6. Frequency-domain analysis
Unit 4. Control systems
Topic 7. Control systems introduction. PID controller design.
5.5. Objetivos del aprendizaje detallados por unidades didácticas (opcional).
6. Metodología docente.
6.1. Actividades formativas.
Actividad
Trabajo del profesor
Trabajo del estudiante
ECTS
Clase de teoría
Clase expositiva basada en la técnica de
la lección magistral con variantes de
aprendizaje
cooperativo
informal.
Resolución de dudas planteadas por los
estudiantes.
Presencial: Toma de apuntes.
Planteamiento de dudas. Realización
de actividades de aprendizaje
cooperativo informal.
0.75
No presencial: Estudio de la materia
0.75
Se resolverán problemas tipo. Se
enfatizará el trabajo en plantear
métodos de resolución y no en los
resultados. Se plantearán problemas
similares para que los alumnos los
resuelvan en pequeños grupos con la
ayuda del profesor.
Presencial: Participación activa.
Resolución
de
ejercicios.
Planteamiento de dudas.
No presencial: Estudio de la materia.
Resolución de ejercicios propuestos
por el profesor tanto en clase como
en la bibliografía.
1
Las clases prácticas de laboratorio
permite la utilización de equipos que
hacen posible el planteamiento de casos
muy parecidos a los reales. También
permite
el
planteamiento
de
situaciones,
casos,
ejemplos
y
problemas que enlazan directamente
los contenidos teóricos y prácticos de la
asignatura. Los puestos de trabajo de
los laboratorios están dotados de
equipos informáticos que permiten
también el desarrollo de habilidades
computacionales y el manejo de
programas profesionales.
Manejo
de
Presencial:
instrumentación y de equipos y
elaboración de informes durante la
sesión de prácticas.
0.47
No presencial: El alumno realizará
un trabajo no presencial tanto antes
como después de la sesión de
laboratorio. Con antelación a dicha
sesión, el alumno deberá resolver
algunos problemas que se le
plantearán para prepararlo en la
resolución de la práctica. Con
posterioridad el alumno deberá
realizar dos memorias: una en grupo
y otra individual.
0.75
Seminarios de
problemas
y
otras
actividades de
trabajo
cooperativo
Se realizarán tres seminarios de
problemas a lo largo del curso. Los
alumnos trabajan en grupo para
plantear y esbozar la solución un
conjunto de problemas con el apoyo del
profesor que aclarará conceptos y
resolverá dudas.
Presencial: Los estudiantes, en
grupos, analizarán los problemas,
plantearán su resolución, esbozarán
los cálculos necesarios y explicarán a
sus compañeros el trabajo anterior.
No presencial: Cada grupo deberá
presentar
completamente
finalizados todos los problemas
planteados en los seminarios.
0.4
Actividades de
evaluación
formativa
Se realizarán preguntas breves y
cuestiones teórico-prácticas en clase y se
corregirán a continuación como técnica
de evaluación del aprendizaje y
seguimiento del grado de asimilación
de los contenidos.
Presencial: Realización de los
cuestionarios y evaluación de los
realizados por otros compañeros
para fomentar el espíritu crítico y su
capacidad de auto-evaluación, autoreflexión y co-evaluación.
0.13
Clase
problemas.
Clase
prácticas
laboratorio
de
de
de
0.79
0.2
Tutorías
individuales y
de grupos.
Exámenes
Habrán tutorías tanto individuales
como en grupo, con objeto de resolver
problemas puntuales individuales y
realizar un seguimiento del trabajo de
los grupos, así como resolver dudas de
éstos grupos, que permita evaluar
ciertas competencias, y que serán
tenidas en cuenta en la evaluación final
dentro de uno de los tres bloques de
evaluación.
Presencial: Planteamiento de dudas
y colaboración en el seguimiento del
aprendizaje del grupo.
0.33
No presencial: Planteamiento de
dudas mediante correo electrónico.
0.1
Se realizarán varias pruebas escritas de
tipo individual. Estas pruebas están
distribuidas a lo largo del cuatrimestre.
Presencial: Resolución de problemas
y cuestiones teórico prácticas.
0.33
4.5
7. Evaluación.
7.1. Técnicas de evaluación.
Instrumentos
Realización/criterios
Ponderación
Competencias
genéricas
evaluadas
Objetivos
de
aprendizaje
evaluados
Pruebas
escritas
individuales
Cada prueba escrita estará
constituida por dos partes: una
de cuestiones teórico-prácticas y
una segunda de problemas. La
primera parte consistirá en tres
cuestiones de aplicación directa.
La segunda parte será la
realización de dos problemas que
combinan diferentes partes de la
asignatura.
60% de la nota
final, aunque será
imprescindible
obtener al menos
un 5 sobre 10
para superar la
asignatura.
T1.1, T1.3, T1.7 y
T3.2.
3, 4, 5 y 6
Informes
de
laboratorio
Los alumnos presentar un
informe de grupo y otro
individual para cada una de las
prácticas de laboratorio que se
realicen.
Se
valorarán
las
destrezas y habilidades para el
manejo de los equipos
20%
T1.2, T1.3, T2.1,
T2.2, T2.3, T3.2,
T3.7 y T3.9
Todos
Actividades de
trabajo
cooperativo
informal
Se valorarán las actividades de
trabajo cooperativo informal que
se realizarán durante el curso, así
como la resolución de problemas
y trabajos fuera del aula
20%
T1.2, T1.3, T1.5,
T2.2, T3.1, T3.9 y
E1.2
3, 4, 5 y 6
Seminarios de
problemas
y
otras
actividades de
trabajo
cooperativo
Se
valorará
el
trabajo
desarrollado y los resultados
obtenidos en los seminarios de
problemas y en otras actividades
de trabajo cooperativo que se
realizará a lo largo del curso.
7.2. Mecanismos de control y seguimiento.
El seguimiento y control del aprendizaje del alumno se realizará a través de las
siguientes actividades:



Prueba escrita: corresponderá a dos exámenes parciales que se realizarán al
final de la segunda unidad didáctica y al final de la tercera, respectivamente. En
el caso de suspender el examen correspondiente al primer parcial, éste se
podrá recuperar siempre que se obtenga una nota igual o superior a 4 puntos
(sobre 10). En el caso de no superar ambos exámenes, la prueba escrita será un
único examen final. En cualquiera de los casos, el examen escrito evaluará la
adquisición por parte del alumno de las competencias específicas de la materia.
El peso de esta parte de la evaluación es del 60%, aunque el alumno deberá
obtener una nota mínima de 5 puntos sobre 10 para poder superar la
asignatura. En dicha prueba se valorarán, no sólo los conocimientos específicos
de la asignatura, sino también las competencias transversales T1.1, T1.3, T1.7 y
T3.2.
Cuestiones y actividades planteadas en las clases presenciales, actividades de
Aprendizaje Colaborativo informal por grupos y resolución de problemas y
realización de trabajos desarrollados en grupos de tres alumnos fuera del aula.
Con este grupo de actividades se pretende valorar, además de las competencias
específicas de la asignatura, las competencias transversales T1.2, T1.3, T2.1,
T2.2, T2.3, T3.2, T3.7 y T3.9. La valoración conjunta de estas actividades tendrá
un peso en la nota final del 20%.
Memoria del trabajo en el laboratorio. Los alumnos deberán realizar al menos
dos informes por cada sesión práctica de laboratorio. Uno de los informes se
realiza en grupo (dos alumnos por grupo) y el segundo informe es individual.
Se admite un tercer informe de ampliación del trabajo desarrollado en el
laboratorio, también por grupo de dos alumnos. En las memorias realizadas en
grupo se valorarán, además de los conocimientos específicos adquiridos en
cada práctica, las competencias transversales T1.2, T1.3, T1.5, T2.2, T3.1, T3.9 y
E1.2. La valoración conjunta de estas memorias del trabajo en el laboratorio
tiene un peso en la nota final del 20%.
7.3. Resultados esperados/actividades formativas/evaluación de los resultados
(opcional).
8. Distribución de la carga de trabajo del alumno.
1.8
1.8
2
Temas 2
y3
2.7
3
Tema 3
3.6
4
Tema 3
3.7
5
Tema 3
1.8
6
Tema 3
7
Tema 4
1.8
1.9
8
Tema 4
2.7
1
9
Tema 4
0.9
2.8
10
Tema 5
1.8
1.9
11
Tema 5
1.8
1.8
3.6
12
Temas 5
y6
1.8
1.9
3.7
13
Temas 6
y7
2.7
1
14
Tema 7
0.9
2.8
15
Tema 7
2.2
2
23.
5
6
0.3
0.3
3
3
6
12
2
5.6
0.4
0.4
3
3
6
12
2
5.7
0.3
0.3
3
3
6
12
0.2
2.2
3
2
5
9
5
3
1
4
9
1.8
2
2
2
2
2
3
3.7
0.3
0.3
3
1
4
8
5.7
0.3
0.3
2
3
5
11
3.7
0.3
0.3
3
1
4
8
5.7
0.3
0.3
3
1
4
10
0.4
2.4
3
2
5
11
0.3
2.3
3
2
5
11
5.7
0.3
0.3
3
3
6
12
3.7
0.3
0.3
3
2
5
9
0.1
4.1
3
3
6
14
7
9
17
17
26
10
30
60
90
180
3.9
2
2
2
2
2
22.
5
2
5.7
2
1.9
TOTAL
HORAS
Seminarios y
otras
Visitas
0.2
2
Periodo de
exámenes
TOTAL
HORAS
2
TOTAL NO
CONVENCIO
Estudio
Tema 1
Evaluación
formativa
Evaluación
1
1
No convencionales
TOTAL
CONVENCI
Tutorías
Clases
problemas
Laboratorio
Clases teóricas
Temas
Semana
Convencionales
ACTIVIDADES
NO
PRESENCIALES
Trabajos/Info
rmes
TOTAL NO
PRESENCIAL
ES
ACTIVIDADES PRESENCIALES
14
60
10
6
4
30
9. Recursos y bibliografía.
9.1. Bibliografía básica.
Kuo, B. Sistemas de Control Automático. Compañía Editorial Continental. 1.996
Ogata, K. Ingeniería de Control Moderno. Prentice Hall. 1.998.
Barrientos, A.; Sanz, R.; Matía, F. y Gambao, E. Control de sistemas continuos.
Problemas resueltos. McGraw-Hill. 1.996
9.2. Bibliografía complementaria.
Dorf, R. Sistemas Modernos de Control. Addison Wesley Iberoamericana. 1.989.
Franklin, G.; Powell, J.D. y Emami-Naeini, A. Control de sistemas dinámicos con
retroalimentación. Addison-Wesley Iberoamericana. 1.991.
9.3. Recursos en red y otros recursos.
Asignatura en el aula virtual. Contenidos:






Presentaciones de Power Point utilizadas durante el curso.
Apuntes sobre “Introducción a la asigntura”, “lugar de las raíces” y
“diseño de reguladores”.
Colecciones de cuestiones y problemas de cada uno de los temas de la
asignatura.
Cuestiones y problemas resueltos.
Manuales utilizados en las prácticas de la asignatura.
Introducción de las prácticas de laboratorio a desarrollar durante el
curso.
Comité Español de Automática CEA: http://www.cea-ifac.es/noticias/noticias/
RIAI: Revista Iberoamericana
http://riai.isa.upv.es/
de
Automática
e
Informática
ISA Sección Española: http://www.isa-spain.org/
Revista Automática e Instrumentación:
http://www.grupotecnipublicaciones.com/publicaciones/automatica-einstrumentacion.html
IEEE Control Systems Society: http://www.ieeecss.org/main/
Industrial: